EPA3550 – przewodnik po ekstrakcji ultradźwiękowej
Ekstrakcja ultradźwiękowa to ekologiczna, przyjazna środowisku metoda ekstrakcji, którą można stosować zarówno do małych próbek laboratoryjnych, jak i do ekstrakcji cennych związków w produkcji na skalę komercyjną. Agencja Ochrony Środowiska Stanów Zjednoczonych (EPA) zaleca różne metody chemii analitycznej i badania właściwości, pobierania próbek środowiskowych i monitorowania środowiska oraz zapewnienia jakości, wspierające realizację ustawy o ochronie i odzysku zasobów (Resource Conservation and Recovery Act, RCRA). W odniesieniu do ekstrakcji wspomaganej ultradźwiękami EPA opublikowała następujące wytyczne:
METODA 3550C – ekstrakcja ultradźwiękowa
1. Zakres i zastosowanie
Ponadto metody SW-846, z wyjątkiem obowiązkowego stosowania metod do analizy parametrów zdefiniowanych przez metodę, mają charakter wytycznych zawierających ogólne informacje o sposobie wykonywania procedury lub techniki analitycznej. Laboratorium może wykorzystać je jako podstawowy punkt wyjścia do opracowania własnej szczegółowej standardowej procedury operacyjnej (SOP), zarówno do ogólnego użytku wewnętrznego, jak i do zastosowania w konkretnym projekcie. Dane dotyczące skuteczności zamieszczone w tej metodzie mają wyłącznie charakter orientacyjny i nie są przeznaczone do stosowania ani nie wolno ich stosować jako bezwzględnych kryteriów akceptacji w kontroli jakości (QC) do celów akredytacji laboratorium.
1.1 Metoda ta opisuje procedurę ekstrakcji nielotnych i półlotnych związków organicznych z materiałów stałych, takich jak gleby, osady i odpady. Proces ultradźwiękowy zapewnia ścisły kontakt matrycy próbki z rozpuszczalnikiem ekstrakcyjnym.
1.2 Metoda ta obejmuje dwie procedury, zależnie od oczekiwanego stężenia związków organicznych. Procedura dla niskich stężeń (pkt 11.3) dotyczy poszczególnych składników organicznych, których oczekiwane stężenie jest mniejsze lub równe 20 mg/kg, i wykorzystuje większą próbkę oraz trzy kolejne ekstrakcje (ekstrakcja przy niższych stężeniach jest trudniejsza). Procedura dla średnich/wysokich stężeń (pkt 11.4) dotyczy poszczególnych składników organicznych, których oczekiwane stężenie jest większe niż 20 mg/kg, i wykorzystuje mniejszą próbkę oraz pojedynczą ekstrakcję.
1.3 Zdecydowanie zaleca się poddanie ekstraktów pewnej formie oczyszczania (np. metodą z serii 3600) przed analizą.
1.4 Aby uzyskać maksymalną wydajność ekstrakcji, należy ściśle przestrzegać metody (w tym instrukcji producenta). Omówienie kluczowych aspektów procedury ekstrakcji znajduje się w pkt 11.0. Informacje dotyczące konkretnych ustawień roboczych należy sprawdzić w instrukcji producenta.
1.5 Metoda ta opisuje co najmniej trzy układy rozpuszczalników ekstrakcyjnych, które można stosować do różnych grup analitów (patrz pkt 7.4). Można stosować inne układy rozpuszczalników, pod warunkiem wykazania odpowiedniej skuteczności dla badanych analitów. Wybór rozpuszczalnika ekstrakcyjnego zależy od badanych analitów i żaden pojedynczy rozpuszczalnik nie ma uniwersalnego zastosowania do wszystkich grup analitów. Ze względu na wątpliwości dotyczące wydajności ekstrakcji ultradźwiękowej, szczególnie przy stężeniach zbliżonych do około 10 μg/kg lub niższych, analityk musi wykazać skuteczność konkretnego układu rozpuszczalników i warunków roboczych dla badanych analitów oraz badanych stężeń. Wymóg ten dotyczy każdego stosowanego układu rozpuszczalników, w tym układów wymienionych wprost w tej metodzie. Wykazanie skuteczności musi obejmować co najmniej wstępne wykazanie biegłości opisane w metodzie 3500, z wykorzystaniem czystej matrycy referencyjnej. Metoda 8000 opisuje procedury, które można wykorzystać do opracowania kryteriów skuteczności dla takiego wykazania biegłości, a także dla wyników próbek matrycowych z dodatkiem wzorca i laboratoryjnych próbek kontrolnych.
1.6 EPA zwraca uwagę, że opublikowane dane dotyczące wydajności ekstrakcji ultradźwiękowej pestycydów fosforoorganicznych przy niskich stężeniach rzędu części na miliard (ppb) i niższych są ograniczone. W związku z tym stosowanie tej metody, szczególnie w odniesieniu do tych związków, powinno być poparte danymi dotyczącymi skuteczności, takimi jak omówione powyżej i w metodzie 3500.
1.7 Przed zastosowaniem tej metody zaleca się analitykom zapoznanie się z metodą podstawową dla każdego rodzaju procedury, która może być wykorzystana w całej analizie (np. metodami 3500, 3600, 5000 i 8000), aby uzyskać dodatkowe informacje o procedurach kontroli jakości, opracowywaniu kryteriów akceptacji QC, obliczeniach i ogólnych wytycznych. Analitycy powinni również zapoznać się z zastrzeżeniem zamieszczonym na początku podręcznika oraz informacjami w rozdziale drugim, aby uzyskać wskazówki dotyczące przewidzianej elastyczności w doborze metod, aparatury, materiałów, odczynników i wyposażenia, a także obowiązków analityka związanych z wykazaniem, że stosowane techniki są odpowiednie dla badanych analitów, w badanej matrycy i przy rozpatrywanych poziomach stężeń.
Ponadto informuje się analityków i użytkowników danych, że z wyjątkiem przypadków wyraźnie określonych w przepisach stosowanie metod SW-846 nie jest obowiązkowe w ramach federalnych wymagań dotyczących badań. Informacje zawarte w tej metodzie EPA udostępnia jako wytyczne, które analitycy i podmioty objęte regulacjami mają wykorzystywać przy podejmowaniu decyzji niezbędnych do uzyskania wyników spełniających cele jakości danych dla zamierzonego zastosowania.
1.8 Stosowanie tej metody jest ograniczone do odpowiednio doświadczonych i przeszkolonych analityków lub osób pracujących pod ich nadzorem. Każdy analityk musi wykazać zdolność uzyskiwania akceptowalnych wyników za pomocą tej metody. Jak wspomniano powyżej, wykazanie tej zdolności odnosi się do konkretnych badanych analitów i stosowanego układu rozpuszczalników, a także do procedur dla próbek o niskich oraz średnich/wysokich stężeniach.
Sonikator do wielu próbek „VialTweeter” do jednoczesnego przygotowywania próbek w wielu zamkniętych fiolkach i probówkach
2. Podsumowanie metody
2.1 Procedura dla niskich stężeń – próbkę miesza się z bezwodnym siarczanem sodu, aby uzyskać sypki proszek. Mieszaninę poddaje się trzykrotnej ekstrakcji rozpuszczalnikiem z wykorzystaniem ekstrakcji ultradźwiękowej. Ekstrakt oddziela się od próbki przez filtrację próżniową lub wirowanie. Ekstrakt jest gotowy do końcowego zatężania, oczyszczania i/lub analizy.
2.2 Procedura dla średnich / wysokich stężeń – próbkę miesza się z bezwodnym siarczanem sodu, aby uzyskać sypki proszek. Poddaje się ją jednokrotnej ekstrakcji rozpuszczalnikiem z wykorzystaniem ekstrakcji ultradźwiękowej. Część ekstraktu pobiera się do oczyszczania i/lub analizy.
3. Definicje
Definicje, które mogą mieć zastosowanie do tej metody, znajdują się w rozdziale pierwszym i w instrukcji producenta.
4. Interferencje
4.1 Rozpuszczalniki, odczynniki, szkło laboratoryjne i inne wyposażenie do obróbki próbek mogą powodować artefakty i/lub interferencje w analizie próbek. Dla wszystkich tych materiałów należy wykazać brak interferencji w warunkach analizy przez analizę ślepych prób metody.
Konieczny może być odpowiedni dobór odczynników i oczyszczanie rozpuszczalników przez destylację w układach wykonanych w całości ze szkła. Szczegółowe wytyczne dotyczące procedur kontroli jakości znajdują się w każdej ze stosowanych metod, a ogólne wytyczne dotyczące czyszczenia szkła laboratoryjnego – w rozdziale czwartym.
4.2 Interferencje są zwykle specyficzne dla badanych analitów. Dlatego szczegółowe wytyczne dotyczące interferencji podczas ekstrakcji należy sprawdzić w metodzie 3500 i odpowiednich metodach oznaczania.
5. Bezpieczeństwo
Metoda ta nie uwzględnia wszystkich kwestii bezpieczeństwa związanych z jej stosowaniem. Laboratorium odpowiada za utrzymanie bezpiecznego środowiska pracy oraz aktualnego zbioru przepisów OSHA dotyczących bezpiecznego obchodzenia się z substancjami chemicznymi wymienionymi w tej metodzie. Zbiór kart charakterystyki substancji chemicznych (MSDS) powinien być dostępny dla całego personelu uczestniczącego w tych analizach.
6. Aparatura i wyposażenie
Wymienienie nazw handlowych lub produktów komercyjnych w tym podręczniku służy wyłącznie celom ilustracyjnym i nie stanowi zatwierdzenia przez EPA ani wyłącznego zalecenia ich stosowania. Produkty i ustawienia aparatury przywołane w metodach SW-846 odpowiadają produktom i ustawieniom stosowanym podczas opracowywania metody lub później ocenianym przez Agencję. Można stosować szkło laboratoryjne, odczynniki, wyposażenie, aparaturę i ustawienia inne niż wymienione w tym podręczniku, pod warunkiem wykazania i udokumentowania skuteczności metody odpowiedniej do zamierzonego zastosowania.
W tej sekcji nie wymieniono powszechnie stosowanego szkła laboratoryjnego (np. zlewek i kolb).
6.2 Przygotowanie ultradźwiękowe – należy stosować urządzenie z sonotrodą wyposażoną w tytanową końcówkę lub urządzenie zapewniające odpowiednią skuteczność. (np. UP200Ht lub UP200St)
6.2.1 Dezintegrator ultradźwiękowy – dezintegrator musi mieć moc co najmniej 300 watów i możliwość pracy impulsowej. Zaleca się urządzenie zaprojektowane tak, aby ograniczać hałas kawitacyjny. Należy postępować zgodnie z instrukcją producenta dotyczącą przygotowania dezintegratora do ekstrakcji próbek o niskich oraz średnich/wysokich stężeniach. (np. UP400S)
6.2.2 W procedurze dla niskich stężeń należy stosować sonotrodę o średnicy 3/4-inch, a w procedurze dla średnich/wysokich stężeń – stożkową mikrokońcówkę o średnicy 1/8-inch przymocowaną do sonotrody o średnicy 1/2-inch.
6.3 Obudowa dźwiękochłonna – aby uniknąć uszkodzenia słuchu, zaleca się stosowanie obudowy dźwiękochłonnej (np. obudowy dźwiękochłonnej SPB-L). Pozwala to znacznie ograniczyć hałas kawitacyjny powstający podczas sonikacji.
Dodatkowe wyposażenie
6.4.1 Suszarka laboratoryjna – zdolna do utrzymywania temperatury 105 degC.
6.4.2 Eksykator.
6.4.3 Tygle – porcelanowe lub jednorazowe aluminiowe.
6.5 Pipety Pasteura – 1-mL, szklane, jednorazowe.
6.7 Aparatura do filtracji próżniowej lub ciśnieniowej
6.7.1 Lejek Büchnera
6.7.2 Bibuła filtracyjna
6.8 Aparat Kuderna-Danish (K-D)
6.8.1 Probówka do zatężania – 10-mL, z podziałką. Korek ze szlifem szklanym służy do zapobiegania odparowywaniu ekstraktów.
6.8.2 Kolba do odparowywania – 500-mL. Przymocować kolbę do probówki do zatężania za pomocą sprężyn, zacisków lub równoważnych elementów.
6.8.3 Kolumna Snydera – typu makro, trójkulkowa.
6.8.4 Kolumna Snydera – typu mikro, dwukulkowa.
6.8.5 Sprężyny – 1/2 cala.
6.9 Układ odzysku par rozpuszczalnika.
UWAGA: To szkło laboratoryjne zaleca się do odzyskiwania rozpuszczalnika podczas procedur zatężania wymagających stosowania aparatów Kuderna-Danish do zatężania przez odparowywanie. Włączenie tej aparatury do układu może być wymagane przez przepisy federalne, stanowe lub lokalne przepisy gminne regulujące emisję lotnych związków organicznych do powietrza. EPA zaleca włączenie tego typu układu odzysku jako sposobu realizacji programu ograniczania emisji. Odzysk rozpuszczalników jest sposobem realizacji inicjatyw dotyczących minimalizacji odpadów i zapobiegania zanieczyszczeniom.
6.10 Kamyczki wrzenne – poddane ekstrakcji rozpuszczalnikiem, o wielkości około 10/40 mesh (węglik krzemu lub materiał równoważny).
6.11 Łaźnia wodna – ogrzewana, z pokrywą z koncentrycznych pierścieni, umożliwiająca regulację temperatury z dokładnością do ± 5 degC. Łaźnię należy stosować w dygestorium.
6.12 Waga – z górną szalką, umożliwiająca dokładne ważenie z dokładnością do 0,01 g.
6.13 Fiolki – 2-mL, do automatycznego podajnika próbek GC, wyposażone w nakrętki z wykładziną z politetrafluoroetylenu (PTFE) lub kapsle zaciskane.
6.14 Szklane fiolki scyntylacyjne – 20-mL, wyposażone w nakrętki z wykładziną PTFE.
6.15 Szpatułka – ze stali nierdzewnej lub PTFE.
6.16 Kolumna osuszająca – szklana kolumna chromatograficzna ze szkła borokrzemowego o średnicy wewnętrznej 20-mm, z wełną szklaną na dnie.
UWAGA: Kolumny ze spiekanymi szklanymi krążkami trudno oczyścić z zanieczyszczeń po użyciu do osuszania silnie zanieczyszczonych ekstraktów. Można zakupić kolumny bez spieków.
Do zatrzymania adsorbentu należy użyć niewielkiego tamponu z wełny szklanej. Przed wypełnieniem kolumny adsorbentem przemyć tampon z wełny szklanej 50 mL acetonu, a następnie 50 mL rozpuszczalnika elucyjnego.
6.17 Aparatura do odparowywania w strumieniu azotu (opcjonalna) – N-Evap, 12- lub 24-stanowiskowa (Organomation Model 112 lub odpowiednik).
7. Odczynniki i wzorce
7.2 Woda odczynnikowa wolna od związków organicznych. Wszystkie odniesienia do wody w tej metodzie dotyczą wody odczynnikowej wolnej od związków organicznych, zgodnie z definicją w rozdziale pierwszym.
7.3 Siarczan sodu (granulowany, bezwodny), Na2SO4. Oczyścić przez ogrzewanie w temperaturze 400 degC przez 4 godziny na płytkiej tacy lub przez wstępne oczyszczanie siarczanu sodu chlorkiem metylenu. Jeśli siarczan sodu jest wstępnie oczyszczany chlorkiem metylenu, należy przeanalizować ślepą próbę metody, wykazując brak interferencji pochodzących od siarczanu sodu.
7.4 Rozpuszczalniki ekstrakcyjne
Próbki należy poddawać ekstrakcji z użyciem układu rozpuszczalników zapewniającego optymalny, powtarzalny odzysk badanych analitów z matrycy próbki przy badanych stężeniach. Wybór rozpuszczalnika ekstrakcyjnego zależy od badanych analitów i żaden pojedynczy rozpuszczalnik nie ma uniwersalnego zastosowania do wszystkich grup analitów. Niezależnie od stosowanego układu rozpuszczalników, w tym układów wymienionych wprost w tej metodzie, analityk musi wykazać odpowiednią skuteczność dla badanych analitów przy badanych poziomach stężeń. Wykazanie skuteczności musi obejmować co najmniej wstępne wykazanie biegłości opisane w metodzie 3500, z wykorzystaniem czystej matrycy referencyjnej. Metoda 8000 opisuje procedury, które można wykorzystać do opracowania kryteriów skuteczności dla takiego wykazania biegłości, a także dla wyników próbek matrycowych z dodatkiem wzorca i laboratoryjnych próbek kontrolnych.
Wiele z opisanych poniżej układów rozpuszczalników obejmuje połączenie rozpuszczalnika mieszającego się z wodą, takiego jak aceton, i rozpuszczalnika niemieszającego się z wodą, takiego jak chlorek metylenu lub heksan. Rolą rozpuszczalnika mieszającego się z wodą jest ułatwienie ekstrakcji mokrych materiałów stałych przez umożliwienie mieszaninie rozpuszczalników przenikania przez warstwę wody na powierzchni cząstek stałych. Rozpuszczalnik niemieszający się z wodą ekstrahuje związki organiczne o podobnej polarności. Dlatego rozpuszczalnik niepolarny, taki jak heksan, jest często stosowany do analitów niepolarnych, takich jak PCB, natomiast rozpuszczalnik polarny, taki jak chlorek metylenu, może być stosowany do analitów polarnych. Polarność acetonu może również wspomagać ekstrakcję analitów polarnych w układach mieszanych rozpuszczalników.
Tabela 1 zawiera przykładowe dane dotyczące odzysku wybranych półlotnych związków organicznych ekstrahowanych ze standardowego materiału odniesienia NIST (SRM) przy użyciu różnych układów rozpuszczalników ekstrakcyjnych. Kolejne podpunkty zawierają wytyczne dotyczące wyboru rozpuszczalników dla różnych klas analitów.
Wszystkie rozpuszczalniki powinny mieć jakość odpowiednią do analizy pestycydów lub równoważną. Rozpuszczalniki można odgazować przed użyciem.
7.4.1 Półlotne związki organiczne można ekstrahować mieszaniną aceton/heksan (1:1, v/v CH3COCH3/C6H14) lub aceton/chlorek metylenu (1:1, v/vCH3COCH3/CH2Cl2).
7.4.2 Pestycydy chloroorganiczne można ekstrahować mieszaniną aceton/heksan (1:1, v/v CH3COCH3/C6H14) lub aceton/chlorek metylenu (1:1, v/vCH3COCH3/CH2Cl2).
7.4.3 PCB można ekstrahować mieszaniną aceton/heksan (1:1, v/v CH3COCH3/C6H14), aceton/chlorek metylenu (1:1, v/vCH3COCH3/CH2Cl2) lub heksanem (C6H14).
7.4.4 Można stosować inne układy rozpuszczalników, pod warunkiem że analityk potrafi wykazać odpowiednią skuteczność dla badanych analitów, przy badanych stężeniach, w matrycy próbki (patrz metoda 3500).
7.5 Rozpuszczalniki do wymiany – przy stosowaniu niektórych metod oznaczania konieczna będzie wymiana rozpuszczalnika ekstrakcyjnego na rozpuszczalnik zgodny z aparaturą używaną w danej metodzie oznaczania. Wybór odpowiedniego rozpuszczalnika do wymiany należy sprawdzić w stosowanej metodzie oznaczania. Wszystkie rozpuszczalniki muszą mieć jakość odpowiednią do analizy pestycydów lub równoważną. Poniżej podano przykłady rozpuszczalników do wymiany.
7.5.1 Heksan, C6H14
7.5.2 2-Propanol, (CH3)2CHOH
7.5.3 Cykloheksan, C6H12
7.5.4 Acetonitryl, CH3CN
7.5.5 Metanol, CH3OH
Obudowa dźwiękochłonna SPB-L znacznie ogranicza hałas kawitacyjny podczas sonikacji.
8. Pobieranie, konserwacja i przechowywanie próbek
8.1 Patrz materiał wprowadzający do rozdziału czwartego „Anality organiczne”, metoda 3500 oraz konkretne metody oznaczania, które będą stosowane.
8.2 Próbki stałe przeznaczone do ekstrakcji zgodnie z tą procedurą należy pobierać i przechowywać tak jak wszelkie inne próbki stałe zawierające półlotne związki organiczne.
9. Kontrola jakości
9.2 Wstępne wykazanie biegłości
Każde laboratorium musi wstępnie wykazać biegłość w stosowaniu każdej wykorzystywanej kombinacji metody przygotowania próbek i metody oznaczania, uzyskując dane o akceptowalnej dokładności i precyzji dla docelowych analitów w czystej matrycy. Laboratorium musi również ponownie wykazać biegłość za każdym razem, gdy szkoleni są nowi pracownicy lub wprowadzane są istotne zmiany w aparaturze. Informacje o sposobie wykazania biegłości znajdują się w metodzie 8000.
9.3 Na początku, przed przystąpieniem do obróbki jakichkolwiek próbek, analityk powinien wykazać, że wszystkie części wyposażenia mające kontakt z próbką i odczynnikami są wolne od interferencji. Osiąga się to przez analizę ślepej próby metody. W ramach bieżącej kontroli, przy każdej ekstrakcji, oczyszczaniu i analizie próbek oraz przy zmianie odczynników, ślepa próba metody powinna być poddawana ekstrakcji i analizie pod kątem badanych związków jako zabezpieczenie przed utrzymującym się zanieczyszczeniem laboratoryjnym.
9.4 Wszystkie ślepe próby metody, próbki matrycowe z dodatkiem wzorca i próbki powtórzeniowe powinny być poddawane takim samym procedurom analitycznym (Sec. 11.0) jak próbki rzeczywiste.
9.5 W tej metodzie powinny być stosowane standardowe praktyki zapewnienia jakości określone w odpowiednich dokumentach systematycznego planowania i laboratoryjnych SOP. Wszystkie warunki pracy aparatury powinny być rejestrowane.
9.6 Procedury kontroli jakości ekstrakcji i przygotowania próbek należy również sprawdzić w metodzie 3500, a procedury QC dotyczące oznaczania – w stosowanych metodach oznaczania.
9.7 Jeśli wzorce zastępcze są wymienione w odpowiedniej metodzie oznaczania, powinny być dodawane do wszystkich próbek przed ekstrakcją. Więcej informacji znajduje się w metodach 3500 i 8000 oraz odpowiednich metodach oznaczania.
9.8 Jak wspomniano wcześniej, stosowanie dowolnej techniki ekstrakcji, w tym ekstrakcji ultradźwiękowej, powinno być poparte danymi wykazującymi skuteczność konkretnego układu rozpuszczalników i warunków roboczych dla badanych analitów, przy badanych poziomach stężeń, w matrycy próbki.
10. Kalibracja i standaryzacja
Z tą procedurą ekstrakcji próbek nie są bezpośrednio związane żadne etapy kalibracji ani standaryzacji.
11. Procedura
Jak wskazano w pkt 1.4, ekstrakcja ultradźwiękowa może nie być tak dokładna jak inne metody ekstrakcji gleb/materiałów stałych. Dlatego w celu uzyskania maksymalnej wydajności ekstrakcji należy ściśle przestrzegać tej metody (w tym instrukcji producenta). Aby skutecznie stosować tę technikę, należy spełnić co najmniej następujące wymagania:
11.1 Postępowanie z próbkami
11.1.2 Próbki odpadów – próbki składające się z wielu faz należy przygotować przed ekstrakcją zgodnie z procedurą rozdzielania faz opisaną w rozdziale drugim. Ta procedura ekstrakcji dotyczy wyłącznie materiałów stałych.
11.1.3 Suche próbki odpadów nadające się do mielenia – zmielić lub w inny sposób rozdrobnić odpady tak, aby przechodziły przez sito o oczkach 1-mm lub mogły zostać przeciśnięte przez otwór o średnicy 1-mm. Wprowadzić do aparatury mielącej wystarczającą ilość próbki, aby po zmieleniu uzyskać co najmniej 10 g.
OSTRZEŻENIE: Suszenie i mielenie należy wykonywać w dygestorium, aby uniknąć zanieczyszczenia laboratorium.
11.1.4 Materiały lepkie, włókniste lub oleiste, nienadające się do mielenia – pociąć, poszatkować lub w inny sposób rozdrobnić te materiały, aby umożliwić mieszanie i maksymalną dostępność powierzchni próbki podczas ekstrakcji.
11.2 Oznaczanie procentowej zawartości suchej masy – jeśli wyniki dla próbki mają być obliczane w przeliczeniu na suchą masę, oddzielną porcję próbki należy odważyć w tym samym czasie co porcję używaną do oznaczenia analitycznego.
OSTRZEŻENIE: Suszarka laboratoryjna powinna znajdować się w dygestorium lub mieć odprowadzenie powietrza. Silnie zanieczyszczona próbka odpadów niebezpiecznych może spowodować znaczne zanieczyszczenie laboratorium.
Bezpośrednio po odważeniu porcji próbki przeznaczonej do ekstrakcji odważyć dodatkową porcję próbki o masie 5–10 g do wytarowanego tygla. Suszyć tę porcję przez noc w temperaturze 105 degC. Przed ważeniem pozostawić do ostygnięcia w eksykatorze.
Obliczyć procentową zawartość suchej masy następująco:
% suchej masy = (g suchej próbki / g próbki) x 100
Tej porcji wysuszonej w suszarce nie wykorzystuje się do ekstrakcji i po oznaczeniu suchej masy należy ją odpowiednio usunąć.
11.3 Procedura ekstrakcji dla niskich stężeń
Procedura ta dotyczy próbek stałych, w których oczekuje się zawartości analitów organicznych mniejszej lub równej 20 mg/kg.
Czynności przed sonikacją
11.3.1 Poniższe czynności należy wykonać szybko, aby uniknąć strat bardziej lotnych substancji ekstrahowanych.
11.3.1.1 Odważyć około 30 g próbki do zlewki o pojemności 400-mL. Zapisać masę z dokładnością do 0,1 g.
11.3.1.2 Do próbki wybranej do wzbogacania w każdej serii dodać 1,0 mL roztworu do wzbogacania matrycy. Wytyczne dotyczące właściwego doboru związków do wzbogacania matrycy i ich stężeń znajdują się w metodzie 3500. Patrz również uwaga w pkt 11.3.
11.3.1.3 Do wszystkich próbek, próbek wzbogaconych, próbek QC i ślepych prób dodać 1,0 mL roztworu wzorca zastępczego. Wytyczne dotyczące właściwego doboru związków zastępczych i ich stężeń znajdują się w metodzie 3500. Patrz również uwaga w pkt 11.3.
11.3.1.4 Jeśli ma być stosowane oczyszczanie za pomocą chromatografii żelowej (patrz metoda 3640), analityk powinien dodać dwukrotną objętość roztworu wzorca zastępczego do wzbogacania (oraz roztworu do wzbogacania matrycy, jeśli dotyczy) lub zatężyć końcowy ekstrakt do połowy zwykłej objętości, aby skompensować utratę połowy ekstraktu podczas nanoszenia na kolumnę GPC. Patrz również uwaga w pkt 11.3.
11.3.1.5 Próbki nieporowate lub mokre (lepkie lub gliniaste), które nie mają sypkiej, piaszczystej konsystencji, należy wymieszać szpatułką z 60 g bezwodnego siarczanu sodu. W razie potrzeby można dodać więcej siarczanu sodu. Po dodaniu siarczanu sodu próbka powinna być sypka. Patrz również uwaga w pkt 11.3.
11.3.1.6 Natychmiast dodać 100 mL rozpuszczalnika ekstrakcyjnego lub mieszaniny rozpuszczalników (informacje o wyborze rozpuszczalników znajdują się w pkt 7.4 i tabeli 2).
11.3.2 Umieścić dolną powierzchnię końcówki sonotrody dezintegratora o średnicy 3/4 cala około 1/2 cala pod powierzchnią rozpuszczalnika, lecz nad warstwą osadu.
UWAGA: Upewnić się, że sonotroda ultradźwiękowa jest prawidłowo zamontowana zgodnie z instrukcją producenta.
11.3.3 Prowadzić ekstrakcję ultradźwiękową próbki przez 3 min, ustawiając regulację mocy wyjściowej na 100% (pełna moc) lub na moc zalecaną przez producenta, przełącznik trybu na Pulse (dostarczanie energii impulsowo zamiast w sposób ciągły), a współczynnik wypełnienia cyklu na 50% (energia włączona przez 50% czasu i wyłączona przez 50% czasu). Nie stosować sondy z mikrokońcówką.
11.3.4 Zdekantować ekstrakt i przefiltrować go przez bibułę filtracyjną (np. Whatman nr 41 lub odpowiednik) w lejku Büchnera połączonym z czystą kolbą filtracyjną o pojemności 500-mL. Alternatywnie zdekantować ekstrakt do butelki wirówkowej i odwirować przy małej prędkości, aby usunąć cząstki.
11.3.5 Powtórzyć ekstrakcję jeszcze dwukrotnie, używając dwóch dodatkowych porcji czystego rozpuszczalnika po 100-mL. Po każdej ekstrakcji ultradźwiękowej zdekantować rozpuszczalnik. Po ostatniej ekstrakcji ultradźwiękowej przelać całą próbkę do lejka Büchnera, przepłukać zlewkę rozpuszczalnikiem ekstrakcyjnym i dodać popłuczyny do lejka.
Czynności po sonikacji
11.3.6 W razie potrzeby zatężyć ekstrakt przed analizą zgodnie z procedurą w Sec.11.5. W przeciwnym razie przejść do Sec. 11.7.
UP200St z mikrokońcówką do sonikacji próbek
11.4 Procedura ekstrakcji dla średnich / wysokich stężeń
Procedura ta dotyczy próbek stałych, w których oczekuje się zawartości analitów organicznych większej niż 20 mg/kg.
Czynności przed sonikacją
11.4.2 Do próbki wybranej do wzbogacania w każdej serii dodać 1,0 mL roztworu do wzbogacania matrycy. Wytyczne dotyczące właściwego doboru związków do wzbogacania matrycy i ich stężeń znajdują się w metodzie 3500. Patrz również uwaga w pkt 11.3.
11.4.3 Do wszystkich próbek, próbek wzbogaconych, próbek QC i ślepych prób dodać 1,0 mL roztworu wzorca zastępczego do wzbogacania. Wytyczne dotyczące właściwego doboru związków zastępczych i ich stężeń znajdują się w metodzie 3500. Patrz również uwaga w pkt 11.3.
11.4.4 Jeśli ma być stosowane oczyszczanie za pomocą chromatografii żelowej (patrz metoda 3640), analityk powinien dodać dwukrotną objętość roztworu wzorca zastępczego do wzbogacania (oraz roztworu do wzbogacania matrycy, jeśli dotyczy) lub zatężyć końcowy ekstrakt do połowy zwykłej objętości, aby skompensować utratę połowy ekstraktu podczas nanoszenia na kolumnę GPC.
11.4.5 Próbki nieporowate lub mokre (lepkie lub gliniaste), które nie mają sypkiej, piaszczystej konsystencji, należy wymieszać szpatułką z 2 g bezwodnego siarczanu sodu. W razie potrzeby można dodać więcej siarczanu sodu. Po dodaniu siarczanu sodu próbka powinna być sypka (patrz uwaga w pkt 11.3).
11.4.6 Natychmiast dodać taką objętość rozpuszczalnika, jaka jest konieczna do uzyskania końcowej objętości 10,0 mL, uwzględniając dodaną objętość roztworów wzorców zastępczych i roztworów do wzbogacania matrycy (informacje o wyborze rozpuszczalników znajdują się w pkt 7.4 i tabeli 2).
11.4.7 Prowadzić ekstrakcję próbki sondą ultradźwiękową ze stożkową mikrokońcówką o średnicy 1/8-inch przez 2 min, przy ustawieniu regulacji mocy wyjściowej na 5, przełączniku trybu ustawionym na pracę impulsową i współczynniku wypełnienia cyklu wynoszącym 50%.
11.4.8 Luźno wypełnić jednorazową pipetę Pasteura warstwą wełny szklanej o długości od 2 do 3 cm. Przefiltrować ekstrakt próbki przez wełnę szklaną i zebrać ekstrakt w odpowiednim pojemniku. Z próbki nie można odzyskać całych 10 mL rozpuszczalnika ekstrakcyjnego. Dlatego analityk powinien zebrać objętość odpowiednią do czułości stosowanej metody oznaczania. Na przykład w metodach niewymagających dalszego zatężania ekstraktu (np. metoda 8081 zwykle wykorzystuje końcową objętość ekstraktu wynoszącą 10 mL) ekstrakt można zebrać w fiolce scyntylacyjnej lub innym zamykanym pojemniku. W przypadku ekstraktów wymagających dalszego zatężania zaleca się zbieranie jednakowej objętości dla wszystkich takich próbek, aby uprościć obliczanie końcowych wyników dla próbek. Na przykład zebrać 5,0 mL ekstraktu w czystej probówce do zatężania. Objętość ta stanowi dokładnie połowę całkowitej objętości pierwotnego ekstraktu próbki. W razie potrzeby uwzględnić „utratę” połowy ekstraktu w obliczeniach końcowych wyników dla próbki lub zatężyć końcowy ekstrakt do połowy nominalnej objętości końcowej (np. 0,5 mL zamiast 1,0 mL), aby skompensować stratę.
11.4.9 W razie potrzeby zatężyć ekstrakt przed analizą zgodnie z procedurą w Sec. 11.5 lub Sec. 11.6. W przeciwnym razie przejść do Sec. 11.7.
Techniki zatężania
Jeśli jest to konieczne do spełnienia kryteriów czułości, ekstrakty próbek uzyskane zarówno w procedurze ekstrakcji dla niskich stężeń, jak i dla średnich/wysokich stężeń można zatężyć do końcowej objętości wymaganej przez stosowaną metodę oznaczania i konkretne zastosowanie, wykorzystując technikę K-D lub odparowywanie w strumieniu azotu.
11.5.1 Zmontować aparat do zatężania Kuderna-Danish (K-D), łącząc probówkę do zatężania o pojemności 10-mL z kolbą do odparowywania o odpowiedniej wielkości.
11.5.2 Osuszyć ekstrakt, przepuszczając go przez kolumnę osuszającą zawierającą około 10 g bezwodnego siarczanu sodu. Zebrać osuszony ekstrakt w aparacie do zatężania K-D.
11.5.3 Przepłukać probówkę zbiorczą i kolumnę osuszającą dodatkową porcją rozpuszczalnika o objętości 20-mL, zbierając popłuczyny w kolbie K-D, aby zapewnić ilościowe przeniesienie.
11.5.4 Dodać do kolby jeden lub dwa czyste kamyczki wrzenne i zamontować trójkulkową kolumnę Snydera. Podłączyć szklany układ odzysku par rozpuszczalnika (chłodnicę i urządzenie zbiorcze, patrz pkt 6.9) do kolumny Snydera aparatu K-D zgodnie z instrukcją producenta. Wstępnie zwilżyć kolumnę Snydera, dodając około 1 mL chlorku metylenu (lub innego odpowiedniego rozpuszczalnika) do górnej części kolumny. Umieścić aparat K-D na gorącej łaźni wodnej (o temperaturze o 15–20 EC wyższej od temperatury wrzenia rozpuszczalnika), tak aby probówka do zatężania była częściowo zanurzona w gorącej wodzie, a cała dolna zaokrąglona powierzchnia kolby była otoczona gorącą parą. W razie potrzeby wyregulować położenie aparatu w pionie i temperaturę wody, aby zakończyć zatężanie w ciągu 10–20 min. Przy prawidłowej szybkości destylacji kulki kolumny będą intensywnie klekotać, ale komory nie będą zalewane. Gdy widoczna objętość cieczy osiągnie 1 mL, wyjąć aparat K-D z łaźni wodnej i pozostawić do ocieknięcia i ostygnięcia przez co najmniej 10 min.
OSTRZEŻENIE: Nie dopuścić do odparowania ekstraktu do sucha, ponieważ spowoduje to znaczne straty niektórych analitów. Pestycydy fosforoorganiczne są szczególnie podatne na takie straty.
11.5.4.1 Jeśli konieczna jest wymiana rozpuszczalnika (zgodnie z tabelą 2 lub odpowiednią metodą oznaczania), na chwilę zdjąć kolumnę Snydera, dodać 50 mL rozpuszczalnika do wymiany i nowy kamyczek wrzenny.
11.5.4.2 Ponownie zamontować kolumnę Snydera. Zatężyć ekstrakt, w razie potrzeby podnosząc temperaturę łaźni wodnej, aby utrzymać odpowiednią szybkość destylacji.
11.5.5 Zdjąć kolumnę Snydera. Przepłukać kolbę K-D i dolne połączenia kolumny Snydera 1–2 mL rozpuszczalnika, zbierając popłuczyny w probówce do zatężania. Ekstrakt można dalej zatężać jedną z technik opisanych w pkt 11.6 lub doprowadzić do końcowej objętości 5,0–10,0 mL odpowiednim rozpuszczalnikiem (patrz tabela 2 lub odpowiednia metoda oznaczania). Jeśli występują kryształy siarki, przejść do oczyszczania zgodnie z metodą 3660.
11.6 Jeśli konieczne jest dalsze zatężanie, zastosować technikę z mikrokolumną Snydera (patrz pkt 11.6.1) lub technikę odparowywania w strumieniu azotu (patrz pkt 11.6.2).
11.6.1 Technika z mikrokolumną Snydera
11.6.1.1 Dodać do probówki do zatężania nowy, czysty kamyczek wrzenny i zamontować dwukulkową mikrokolumnę Snydera bezpośrednio na probówce do zatężania. Podłączyć szklany układ odzysku par rozpuszczalnika (chłodnicę i urządzenie zbiorcze) do mikrokolumny Snydera aparatu K-D zgodnie z instrukcją producenta. Wstępnie zwilżyć kolumnę Snydera, dodając 0,5 mL chlorku metylenu lub rozpuszczalnika do wymiany do górnej części kolumny. Umieścić aparat do mikrozatężania w gorącej łaźni wodnej, tak aby probówka do zatężania była częściowo zanurzona w gorącej wodzie. W razie potrzeby wyregulować położenie aparatu w pionie i temperaturę wody, aby zakończyć zatężanie w ciągu 5–10 min. Przy prawidłowej szybkości destylacji kulki kolumny będą intensywnie klekotać, ale komory nie będą zalewane.
11.6.1.2 Gdy widoczna objętość cieczy osiągnie 0,5 mL, wyjąć aparat z łaźni wodnej i pozostawić do ocieknięcia i ostygnięcia przez co najmniej 10 min. Zdjąć kolumnę Snydera i przepłukać jej dolne połączenia 0,2 mL rozpuszczalnika, zbierając popłuczyny w probówce do zatężania. Doprowadzić końcową objętość ekstraktu do 1,0–2,0 mL.
OSTRZEŻENIE: Nie dopuścić do odparowania ekstraktu do sucha, ponieważ spowoduje to znaczne straty niektórych analitów. Pestycydy fosforoorganiczne są szczególnie podatne na takie straty.
11.6.2 Technika odparowywania w strumieniu azotu
11.6.2.1 Umieścić probówkę do zatężania w ciepłej łaźni (30 degC) i odparować rozpuszczalnik do objętości 0,5 mL, stosując łagodny strumień czystego, suchego azotu (przefiltrowanego przez kolumnę z węglem aktywnym).
OSTRZEŻENIE: Między pułapką węglową a próbką nie wolno stosować nowych przewodów z tworzywa sztucznego, ponieważ mogą one powodować interferencje pochodzące od ftalanów.
11.6.2.2 Podczas zatężania kilkakrotnie spłukać rozpuszczalnikiem wewnętrzną ściankę probówki do zatężania. Podczas odparowywania ustawić probówkę do zatężania tak, aby uniknąć skraplania się wody do ekstraktu. Przy normalnym przebiegu procedury nie wolno dopuścić do wyschnięcia ekstraktu.
OSTRZEŻENIE: Nie dopuścić do odparowania ekstraktu do sucha, ponieważ spowoduje to znaczne straty niektórych analitów. Pestycydy fosforoorganiczne są szczególnie podatne na takie straty.
11.7 Ekstrakt można teraz poddać procedurom oczyszczania lub przeanalizować pod kątem docelowych analitów odpowiednią techniką lub technikami oznaczania. Jeśli dalsza obróbka ekstraktu nie będzie wykonywana natychmiast, zamknąć probówkę do zatężania korkiem i przechowywać w lodówce. Jeśli ekstrakt będzie przechowywany dłużej niż 2 dni, należy go przenieść do fiolki wyposażonej w nakrętkę z wykładziną PTFE i odpowiednio oznakować.
12. Analiza danych i obliczenia
Z tą procedurą ekstrakcji nie są bezpośrednio związane żadne obliczenia. Sposób obliczania końcowych wyników dla próbek należy sprawdzić w odpowiedniej metodzie oznaczania.
13. Charakterystyka metody
14. Zapobieganie zanieczyszczeniom
14.1 Zapobieganie zanieczyszczeniom obejmuje każdą technikę, która zmniejsza lub eliminuje ilość i/lub toksyczność odpadów w miejscu ich powstawania. W pracy laboratoryjnej istnieje wiele możliwości zapobiegania zanieczyszczeniom. EPA ustanowiła preferowaną hierarchię technik zarządzania środowiskowego, w której zapobieganie zanieczyszczeniom jest rozwiązaniem pierwszego wyboru. Gdy jest to wykonalne, personel laboratoryjny powinien stosować techniki zapobiegania zanieczyszczeniom w odniesieniu do wytwarzanych odpadów. Gdy nie jest możliwe ograniczenie odpadów u źródła, Agencja zaleca recykling jako kolejne najlepsze rozwiązanie.
14.2 Informacje o zapobieganiu zanieczyszczeniom, które mogą mieć zastosowanie w laboratoriach i instytucjach badawczych, znajdują się w publikacji Less is Better: Laboratory Chemical Management for Waste Reduction, dostępnej w Department of Government Relations and Science Policy Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznego, 1155 16th St., N.W. Washington, D.C. 20036, https://www.acs.org.
15. Gospodarka odpadami
dygestoriów i prac prowadzonych na stołach laboratoryjnych, przestrzeganie litery i ducha wszelkich pozwoleń oraz przepisów dotyczących odprowadzania ścieków do kanalizacji, a także przestrzeganie wszystkich przepisów dotyczących odpadów stałych i niebezpiecznych, w szczególności zasad identyfikacji odpadów niebezpiecznych oraz ograniczeń dotyczących ich składowania na lądzie. Dalsze informacje o gospodarowaniu odpadami znajdują się w publikacji The Waste Management Manual for Laboratory Personnel, dostępnej w Amerykańskim Towarzystwie Chemicznym pod adresem podanym w pkt 14.2.
Literatura/Źródła
- U.S. EPA, „Interlaboratory Comparison Study: Methods for Volatile and Semi-Volatile Compounds,” Environmental Monitoring Systems Laboratory, Office of Research and Development, Las Vegas, NV, EPA 600/4-84-027, 1984.
- C. S. Hein, P. J. Marsden, A. S. Shurtleff. Evaluation of Methods 3540 (Soxhlet) and 3550 (Sonication) for Evaluation of Appendix IX Analytes from Solid Samples. S-CUBED, Report for EPA Contract 68-03-33-75, Work Assignment No. 03, Document No. SSS-R- 88-9436, October, 1988.
- I. De La Calle, N. Cabaleiro, M. Costas, F. Pena, S. Gil, I. Lavilla, C. Bendicho (2011):
Ultrasound-assisted extraction of gold and silver from environmental samples using different extractants followed by electrothermal-atomic absorption spectrometry. Microchemical Journal, Volume 97, Issue 2, 2011. 93-100.
Warto wiedzieć
Homogenizatory ultradźwiękowe do tkanek są często określane jako sonikatory z sondą, lizatory soniczne, dezintegratory ultradźwiękowe, rozdrabniacze ultradźwiękowe, sonoruptory, sonifikatory, dezintegratory soniczne, urządzenia do rozbijania komórek, dyspergatory ultradźwiękowe lub urządzenia do rozpuszczania. Różne określenia wynikają z różnorodnych zastosowań sonikacji.
Różne rozmiary sonotrod do UP200Ht